王曉雨,利通,常晨光,任貴平,楊海燕,2,武運,2,黃文書,2*

1(新疆農業(yè)大學 食品科學與藥學學院,新疆 烏魯木齊,830052) 2(新疆果品采后科學與技術重點實驗室,新疆 烏魯木齊,830052)

枸杞(LyciumbarbarumL.)是一種茄科植物,具有豐富的化學成分和藥用特性,兩千多年來一直是傳統(tǒng)中藥的重要組成部分,被稱為“超級水果”[1]。枸杞中含有較多營養(yǎng)物質和高抗氧化能力的生物活性化合物,如多糖、多酚、類胡蘿卜素和氨基酸等[2],其中多聚糖復合物是枸杞果實中最重要、最豐富的一類化合物[1]。枸杞還具有促進健康的生物學效應,可預防或治療高血壓、降血糖、降血脂、保護視網膜、促進細胞凋亡和抑制癌細胞增殖[3-4]。枸杞為漿果類果實,具有較高的含水量,且表皮附著較厚的蠟質層,阻礙了干制過程中果實內部水分向外擴散,降低枸杞的干制速率,使干制時間較長。此外,枸杞在干制過程中易受到酶促褐變或非酶褐變的影響而發(fā)生褐變反應,導致枸杞干制品品質較差。因此,對枸杞的品質控制成為當前研究的熱點問題。

食品在干制過程中會發(fā)生一些物理化學反應、營養(yǎng)成分和感官品質的變化[5]。枸杞在干制前易受到機械損傷以及干制過程中溫度或氧氣的影響,經常會出現(xiàn)色澤變暗的現(xiàn)象,從而導致褐變反應的發(fā)生。根據果蔬發(fā)生褐變反應的條件和機理不同,可以將褐變分為酶促褐變和非酶褐變,2種褐變均會導致枸杞品質下降,造成色澤劣變及營養(yǎng)物質損失。在工業(yè)規(guī)模下,由于干燥時間長、干燥溫度高,還會出現(xiàn)原料組織收縮、失味、再水化能力下降等問題[6]。其次,枸杞發(fā)生褐變離不開水分含量和水分活度的影響,而降低水分含量的目的是延長食品的保質期,將水分活度降低到足夠低的水平,可以使微生物、酶反應和其他劣化反應受到抑制[7]。因此,為提高枸杞的干燥速度,并防止枸杞在干制過程中發(fā)生褐變反應,可在枸杞干制前進行適當?shù)拇俑勺o色預處理,使枸杞同時達到干制速度快、干制品色澤鮮艷的效果。然而,對于枸杞干制過程中的顏色變化和促干護色劑的作用機理,國內外少有研究。

本研究以鮮枸杞為原料,以未處理的枸杞為對照,使用無硫促干護色劑對枸杞進行預處理,并對枸杞進行干燥,在整個干燥過程中對酶促褐變和非酶褐變相關指標進行測定分析,利用光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察枸杞表皮蠟質層的破壞情況,探究枸杞在干制過程中的褐變類型及促干護色劑的作用機理,旨在為實踐中采取有效控制枸杞褐變措施,提高枸杞干制產品的品質提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮枸杞,2021年9月采自新疆精河縣,品種為寧杞9號。選取無腐爛霉變,無機械損傷,成熟度與顆粒大小均一的果實進行后續(xù)試驗。碳酸鈉、檸檬酸(食品級),河南萬邦化工科技有限公司;亮氨酸標準品(≥98%)、5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)標準品(≥98%),上海源葉生物科技有限公司;福林酚試劑,北京索萊寶科技有限公司;茚三酮、正丙醇、正丁醇、乙二醇、乙酸鈉、異丙醇、抗壞血酸、酒石酸鉀鈉、3,5-二硝基水楊酸、亞硫酸鈉、碳酸鈉、無水乙醇、聚乙二醇6000、聚乙烯吡咯烷酮、曲拉通(Triton X-100)、鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚、過氧化氫、三氯乙酸、硫代巴比妥酸,均為分析純。

1.2 儀器與設備

DHG-9420A型電熱恒溫鼓風干燥箱,上海申賢恒溫設備廠;IKA?A11基本型研磨機,廣州儀科實驗室技術有限公司;SF-GL-16A型高速冷凍離心機,上海菲恰爾分析儀器有限公司;T6新世紀紫外分光光度計,北京普析通用儀器有限責任公司;LE204E型電子天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;JEA202型電子天平,上海浦春計量儀器有限公司;DHS-16型水分測定儀,上海菁海儀器有限公司;NH-A-1808型高品質電腦色差儀,深圳市三恩時科技有限公司;DZKW-型電熱恒溫水浴鍋,北京市永光明醫(yī)療儀器廠;KQ-300TDE型高頻數(shù)控超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司;HDCE-X5 N型光學顯微鏡,深圳市賽克數(shù)碼科技開發(fā)有限公司;JSM-7610FPlus型掃描電子顯微鏡,捷歐路(北京)科貿有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品預處理

促干護色劑配方參考王曉雨等[8]的方法進行配制,成分為脫蠟劑碳酸鈉和護色劑檸檬酸,均為食品級成分。將枸杞(100 g)置于蒸餾水(250 mL)和促干護色液(250 mL)中浸泡10 min,取出后瀝干表面水分,單層平鋪于不銹鋼絲網盤中,置于50 ℃熱風干燥箱中將其干燥至水分含量低于13%,此為對照組和處理組。將枸杞在干燥期間每烘至8 h進行取樣,用液氮速凍后置于-80 ℃冰箱中保存,用于后續(xù)試驗。直接撕取不同處理下的枸杞表皮,用于光學顯微鏡和掃描電鏡觀察。

1.3.2 含水量的測定

采用快速水分測定儀測定枸杞干制后的水分含量。

1.3.3 色澤的測定

采用色差儀對枸杞干制后的色澤進行測定。用ΔE表示待測樣品的色澤(L、a、b)與鮮樣色澤的(L*、a*、b*)的差異[9]。ΔE表示整體顏色變化,計算方法如公式(1)所示:

(1)

式中:L、L*值分別表示干樣和鮮樣的明度;a、a*值分別表示干樣和鮮樣的紅綠度;b、b*值分別表示干樣和鮮樣的黃藍度,ΔE為總色差值。

1.3.4 多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性的測定

參考曹建康等[10]的方法對PPO活性進行測定。以每克干質量枸杞每分鐘在420 nm處吸光度變化值增加1時為1個PPO活性單位(U),結果以U/g表示。

1.3.5 過氧化物酶(peroxidase, POD)活性的測定

參考曹建康等[10]的方法對POD活性進行測定。以每克干質量枸杞每分鐘在470 nm處吸光度變化值增加1時為1個POD活性單位(U),結果以U/g表示。

1.3.6 總酚含量的測定

采用Folin-Ciocalteu法[11]對總酚含量進行測定。以沒食子酸為標準品,所得標準曲線線性方程為:y=4.742 9x+0.007 5,R2=0.998 6,由此計算樣品總酚含量(mg/g)。

1.3.7 還原糖含量的測定

采用3,5-二硝基水楊酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)法[10]對還原糖含量進行測定。以葡萄糖為標準品,所得標準曲線線性方程為:y=0.564 8x-0.011 3,R2=0.998 1,結果以百分含量(%)表示。計算如公式(2)所示:

(2)

式中:C為從標準曲線查得的葡萄糖毫克數(shù),mg;V為樣品提取液總體積,mL;N為樣品提取液稀釋倍數(shù);Vs為測定時所取樣品提取液體積,mL;W為樣品重量,g。

1.3.8 游離氨基酸總量的測定

采用茚三酮比色法[10]進行測定。以亮氨酸為標準品,所得標準曲線線性方程為:y=0.053 7x-0.003 8,R2=0.993 7,含量以每100 g果蔬中氨態(tài)氮的毫克數(shù)表示,即mg/100 g FW。游離氨基酸計算如公式(3)所示:

游離氨基酸總量/[mg·(100 g)-1FW]

(3)

式中:C為從標準曲線查得的氨基酸(亮氨酸)的質量,μg;V為樣品提取液總體積,mL;Vs為測定時所取樣品提取液體積,mL;W為樣品質量,g。

1.3.9 5-HMF含量的測定

參考UDOMKUN等[12]的方法對5-HMF含量進行測定。以5-HMF為標準品,所得標準曲線線性方程為:y=0.020 5x-0.005 2,R2=0.997 5,根據標準曲線計算5-HMF含量,結果以μg/g表示。

1.3.10 表皮顯微結構的觀察

光學顯微鏡制樣方法:將枸杞經不同處理后,撕取其表皮做成水裝片,置于光學顯微鏡載物臺上觀察。需統(tǒng)一所有樣品的放大倍數(shù)。

掃描電子顯微鏡制樣方法:將經不同處理后的枸杞干制后,使用手術刀將枸杞表皮切成小塊,將其固定在載物板上進行噴金處理,噴金后取出置于掃描電鏡下,使用5.0 kV的加速電壓對枸杞表皮進行微觀結構觀察,并對不同放大倍數(shù)的微觀結構區(qū)域進行圖片采集并保存分析。

1.4 數(shù)據處理

每個試驗重復3次;實驗數(shù)據采用SPSS 26.進行數(shù)據分析,單因素方差分析方法進行顯著性分析;采用Origin 2019b制圖。

2 結果與分析

2.1 促干護色劑對枸杞干制過程中水分含量的影響

根據水分含量可以判斷2組不同處理干制速度的快慢。如圖1所示,2組處理的水分含量的變化均呈下降趨勢。處理組(促干護色處理)在干制32 h時干制速度變緩,在40 h達到干制終點,對照組在干制56 h時干制速度變緩,在72 h時達到干制終點,相比對照組,處理組可加快枸杞的干制速度,縮短干制時間,說明預處理方法對枸杞的干燥速度影響較大。預處理溶液中的脫蠟劑為碳酸鈉,ZHAO等[13]研究發(fā)現(xiàn),在熱風干燥過程中,碳酸鈉溶液預處理枸杞的總平均干燥速率是對照組的將近2倍,與本研究結果相似。2組處理在干制0～32 h的水分含量下降速度較快,在32 h后干燥速度較慢,由于干燥是水分和熱量傳遞的過程,其速率的變化取決于內部水的擴散和表面水的蒸發(fā)。枸杞果肉較厚,果皮致密,在干制后期時,內部水分擴散速度低于表面水分的蒸發(fā)速度,導致干燥期非恒定速率[13]。當水分含量下降到一定程度時,枸杞內部的大部分自由水被除去,結合水開始散失,因此,枸杞在干燥后期的干燥速率迅速降低。相比對照組,處理組對枸杞的干制速度有較大的提升,具有較強的促干效果。

圖1 不同處理對枸杞在干制過程中水分含量的影響Fig.1 Effects of different treatments on moisture content of Lycium barbarum during drying process注:小寫字母表示2組處理在不同干制時間下差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2 促干護色劑對枸杞干制過程中色澤的影響

色差反映出經干燥后得到的枸杞與鮮果之間顏色的差異,色差值越小,顏色越接近鮮果,色差值越大,則與鮮果顏色差異越大。如圖2所示,在枸杞干制過程中,2組處理的色差值均呈上升趨勢。在干制8 h時,處理組的色差值高于對照組,對照組因未經促干護色處理,干制速度較慢,在干制8 h時與鮮果的狀態(tài)和顏色接近。在干制16 h時,對照組的色差值開始大幅度升高,達到顯著水平(P<0.05),推測可能是發(fā)生了酶促褐變反應導致枸杞顏色開始劣變,在干果中,褐變是由非酶促反應引起的,而在新鮮水果中是由酶促反應引起[14]。處理組的變化趨勢較為平緩,說明促干護色劑在枸杞干燥過程中發(fā)揮了一定的護色作用,顏色也受處理過或未處理過的樣品初始條件的影響,對樣品進行預處理可減少加工和貯藏過程中的褐變現(xiàn)象,降低樣品風味和營養(yǎng)物質的損失。這也跟枸杞的干制速度有關,枸杞在干燥中后期時,水分含量較低,水分活度下降至抑制氧化褐變的水平,從而抑制枸杞的氧化褐變現(xiàn)象。

圖2 不同處理對枸杞在干制過程中ΔE的影響Fig.2 Effects of different treatments on ΔE of Lycium barbarum during drying process

干制40 h時,處理組的色差值低于對照組,對照組因干制未結束,一些生化反應還在進行,顏色也受生長、成熟、采后處理和加工過程中發(fā)生的化學、生化、微生物和物理變化的影響。此外,在持續(xù)干燥的過程中,樣品表面在后期變得干燥,另考慮空氣中的高溫,導致產品表面出現(xiàn)明顯的質量退化和裂縫[14],所以色差值繼續(xù)增大。處理組具有較好的護色效果,色差值較低,比對照組干制結束時的色差值低56%。說明經過處理的樣品比未經處理的樣品在外觀品質上更容易被接受。

2.3 促干護色劑對枸杞干制過程中PPO活性的影響

褐變反應通常是PPO或POD作用于酚類化合物形成醌,醌最終聚合并產生褐變現(xiàn)象。如圖3所示,在干制過程中,兩組處理的PPO活性均呈下降趨勢,在干燥初期,枸杞的酶活性較高,但隨著干燥時間的延長,PPO活性逐漸降低,說明持續(xù)的熱風干制過程和較高的溫度下均可抑制PPO活性,KORBEL等[15]在對芒果的干制過程中也得到相似的結果。在干制結束時,對照組的PPO活性抑制率為77.25%,處理組的PPO活性抑制率為80.95%,說明促干護色處理使枸杞的PPO活性保持在較低的水平。

圖3 不同處理對枸杞在干制過程中PPO活性的影響Fig.3 Effects of different treatments on PPO activity of Lycium barbarum during drying process

同時,處理組在干制0～40 h時酶活呈現(xiàn)快速下降趨勢,而對照組下降趨勢較為平緩。促干護色液由脫蠟劑碳酸鈉和護色劑檸檬酸組成,PPO是一種含銅酶,檸檬酸對PPO活性中心的銅離子具有較強的螯合作用,使PPO活性受到抑制。此外,檸檬酸可降低反應體系的pH值,使其遠離PPO的最適pH值,從而抑制PPO的活性[16]。因此,相比對照組,處理組對PPO活性具有較強的抑制作用。

2.4 促干護色劑對枸杞干制過程中POD活性的影響

POD廣泛存在于各種植物體內,與PPO協(xié)同作用于果蔬產品的褐變。如圖4所示,在整個干制過程中,2組處理的POD活性均呈波動下降趨勢,說明長時間的干燥可降低枸杞的POD活性。在干制0～16 h時,對照組的POD活性出現(xiàn)小幅度上升趨勢,這可能與其有較強的耐熱性有關。黎婕[17]研究發(fā)現(xiàn),在30～80 ℃,柚子果肉的POD能保持較高活性,但在一定溫度下,熱加工時間足夠長,POD活性也會降低。其次,POD在植物細胞中有兩種存在形式,一是以可溶形式存在于胞漿中,二是以結合形式與細胞膜或細胞器相結合,在加工過程中,膜界酶可能被釋放和激活[18]。隨著干制的進行,POD活性逐漸下降,在干制40 h時,2組處理的POD活性抑制率分別為43.66%和57.87%,處理組的POD活性下降較快,干制后期的水分含量較低,意味著酶的作用所需水分較少,從而使酶失去活性。在干制前對枸杞進行適當?shù)拇俑勺o色處理,可在一定程度上抑制POD的活性,且檸檬酸對POD活性具有抑制作用,在果蔬加工時可作為酶促褐變的抑制劑。

圖4 不同處理對枸杞在干制過程中POD活性的影響Fig.4 Effects of different treatments on POD activity of Lycium barbarum during drying process

2.5 促干護色劑對枸杞干制過程中總酚含量的影響

如圖5所示,在枸杞干制過程中,對照組的總酚含量呈先下降后上升的變化趨勢,處理組的總酚含量呈上升趨勢,且高于對照組。在干制前期,對照組的總酚含量呈下降趨勢,在干制后期開始上升,這是由于干制前期枸杞中的多酚氧化酶還有較大活力,易與酚類物質發(fā)生反應導致總酚的消耗。而在干制后期呈現(xiàn)上升趨勢可能是枸杞經過長時間的加熱,由于植物細胞壁的破壞而改變其可萃取性,因此結合的多酚類化合物更容易釋放。其次,酚酸主要與碳水化合物和蛋白質結合,在熱加工過程中,因細胞成分和共價鍵的破壞而釋放,使其多酚成分更易于提取。在干制結束時,2組處理的總酚含量相比鮮果枸杞的總酚含量分別增加了22%和30%。相關研究表明,干果的總酚含量要比鮮果的總酚含量高很多,因為抗氧化劑會在干燥后變得集中[19],與本研究結果相似。

圖5 不同處理對枸杞在干制過程中總酚含量的影響Fig.5 Effects of different treatments on total phenolic content of Lycium barbarum during drying process

2.6 促干護色劑對枸杞干制過程中還原糖含量的影響

果蔬在加工過程中會發(fā)生非酶褐變,如美拉德反應,是一種發(fā)生在氨基酸、肽或蛋白質等氨基化合物和羰基化合物之間的化學反應,羰基化合物通常是葡萄糖和果糖等還原糖類物質。如圖6所示,隨著干制的進行,2組處理的還原糖含量均呈先上升后下降的變化趨勢。還原糖包括葡萄糖和果糖,在干制前期,還原糖含量增加,可能是因為蔗糖在高溫環(huán)境下由轉化酶水解產生果糖和葡萄糖等羰基化合物。宋云等[20]研究脫苦杏仁在干制過程中的還原糖含量的變化規(guī)律也得到類似的結果,推測是干制前期,多糖和雙糖類物質會在高溫下分解為還原糖等單糖類物質。

圖6 不同處理對枸杞在干制過程中還原糖含量的影響Fig.6 Effects of different treatments on reducing sugar content of Lycium barbarum during drying process

在干制后期,枸杞中的還原糖含量下降,結合游離氨基酸總量和5-HMF含量的變化情況,推測在干制后期還原糖可能會參與到非酶褐變中,從而消耗還原糖類物質。張寶善等[21]發(fā)現(xiàn)紅棗在50 ℃熱風干制過程中,還原糖含量也呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢,推測糖的消耗與非酶褐變密切相關。在干制32 h時,處理組的還原糖含量達到峰值,對照組則在干制56 h時達到峰值,隨后繼續(xù)下降。處理組經過促干護色處理后加快了反應進程,而對照組因干制時間較長,反應較慢。此外,當枸杞水分含量和酶活降到一定程度時,非酶褐變也會發(fā)生,這也是導致色差值增大的另一個原因。

2.7 促干護色劑對枸杞干制過程中游離氨基酸總量的影響

氨基化合物是發(fā)生美拉德反應的另一種反應物,與羰基化合物反應后生成褐變色素,根據游離氨基酸在干制過程中的變化趨勢可判斷枸杞的褐變情況。如圖7所示,隨著干制的進行,2組處理的游離氨基酸總量均呈先上升后下降的變化趨勢,可能是因為枸杞中的蛋白質或結合態(tài)氨基酸降解導致的結果。宋云等[20]研究脫苦杏仁在干制過程中游離氨基酸含量的變化規(guī)律時,也得到類似的結果。推測枸杞在干制前期,蛋白質因持續(xù)受熱而發(fā)生水解反應,從而導致游離氨基酸含量增加。

圖7 不同處理對枸杞在干制過程中游離氨基酸總量的影響Fig.7 Effects of different treatments on the total free amino acids of Lycium barbarum during the drying process

在整個干制過程中,處理組在干制24 h時達到峰值,對照組在干制32 h時達到峰值,隨后繼續(xù)下降。對照組在干制中期就出現(xiàn)下降趨勢,說明對照組在干制中后期可能發(fā)生了非酶褐變反應,使氨基化合物參與到美拉德反應中,導致游離氨基酸而迅速減少。且干制時間越長,其損失量越大,褐變程度越嚴重。枸杞經促干護色處理后,在加快了干制速度和反應進程的同時,也抑制了很多生理生化反應,下降較為平緩,使參與美拉德反應的氨基酸較少,進而有效抑制褐變,這也與圖2中的色差值結果一致。

2.8 促干護色劑對枸杞干制過程中5-HMF含量的影響

5-HMF是一種重要的中間體,可作為美拉德反應強度的指標,通常被用作美拉德反應演化的指示物和潛在的褐變標記物[22]。如圖8所示,在枸杞干制過程中,兩組處理的5-HMF含量均呈先下降后上升的變化趨勢。干制初期,在鮮果中檢測到5-HMF,可能與其成熟度和色素類物質有關。HELYES等[23]在新鮮番茄中檢測到5-HMF,從綠色期到深紅色期,番茄紅素增加,與5-HMF含量成正比。在干制前期,5-HMF呈下降趨勢,可能與枸杞中含有的綠原酸有關,綠原酸易被PPO作用形成醌型綠原酸,醌型綠原酸會抑制體系中果糖與氨基酸的結合,導致體系中5-HMF的含量降低[24]。

圖8 不同處理對枸杞在干制過程中5-HMF含量的影響Fig.8 Effects of different treatments on the content of 5-HMF in Lycium barbarum during drying process

隨著干制的進行,兩組處理的5-HMF含量在干制后期均呈上升趨勢,在熱力的持續(xù)作用下,還原糖和氨基酸會發(fā)生美拉德反應,同時還可能在酸的作用下生成5-HMF,但還需經過一系列反應生成褐色物質。結合還原糖和游離氨基酸含量的變化,推測枸杞在干制前期主要以酶促褐變?yōu)橹?干制后期可能存在美拉德反應參與枸杞的褐變。干制結束時,處理組的5-HMF含量比對照組低了28.90%。說明促干護色劑可抑制5-HMF的積累,進而抑制枸杞發(fā)生非酶褐變。ZHANG等[25]研究發(fā)現(xiàn),經過高壓二氧化碳預處理的蜜橘皮在干燥過程中的5-HMF含量比未處理時分別降低了9.23%和39.42%,與本研究結果類似,說明促干護色處理可在一定程度上抑制美拉德反應,使枸杞保持較好的色澤。與上述還原糖含量、游離氨基酸含量及色差值的結果一致。

2.9 不同處理對枸杞表皮微觀結構的影響

為探究不同處理對枸杞的促干護色作用機理,對枸杞表皮進行微觀結構觀察。4組樣品分別為:對照組(未經促干護色處理)、無硫促干護色處理、市售干枸杞和自然晾曬的干枸杞。

枸杞表皮上覆蓋了較厚的蠟質層,其結構呈現(xiàn)整齊光滑的束狀條帶,排列緊密,且束狀條帶上附著大量的蠟質碎片[26]。由于枸杞表皮蠟質抑制水分由內而外的流動,影響枸杞內部水分的散失,使枸杞干燥困難。若對鮮枸杞表皮進行適當?shù)拿撓烆A處理,可加快其干制速率,縮短干制時間。如圖9a-1～圖9a-3、如圖9d-1～圖9d-3所示(對照組和自然晾曬組),未經促干護色處理的枸杞表皮蠟質層未被破壞,其結構光滑,呈規(guī)則緊密的線狀排列,并附著大量的蠟質碎片(圖9a-3),不能清晰地觀察到角質層細胞,阻礙了枸杞內部水分散失,導致干燥速率較慢,這與NI等[27]對未處理的枸杞表皮觀察結果一致。如圖9b-1～圖9b-3所示,經過無硫促干護色處理后的枸杞表皮蠟質層結構破壞嚴重,表皮細胞角質層暴露在外,可清晰地觀察到枸杞表層組織結構(圖9b-1),能夠一定程度去除附著的蠟質碎片,表面粗糙有凹陷,并且可以觀察到許多不規(guī)則的細小微孔(圖9b-2),這些微孔可以減少枸杞蠟質層對水分運移的阻塞作用,在促進水分在干燥過程中的傳遞和蒸發(fā)的同時有利于護色液的滲入,使其內部水分較快排出,提高枸杞的干燥速率,護色效果也更好。相關研究表明,當表皮呈現(xiàn)多孔結構時,可加快樣品的干燥速率,與XIE等[28]使用脈沖真空干燥枸杞和ZHOU等[29]使用冷等離子體處理枸杞的研究結果一致。

圖9 不同處理下的表皮微觀結構Fig.9 Epidermal microstructure under different treatments

如圖9c-1～圖9c-3所示,市售干枸杞通常是種植戶使用3%～5%的高濃度碳酸鈉溶液浸漬枸杞,以脫去表皮蠟質層,對其進行顯微結構觀察后,發(fā)現(xiàn)蠟質層局部被破壞,使蠟質層的束狀結構斷裂或聚集(圖9c-2～圖9c-3),且排列疏松,果實內部水分易排出,提高了干燥速度。同時,由于使用高濃度的堿液處理,導致干燥后的枸杞表面附著堿液殘留,影響外觀品質,因表面沾有大量的堿(圖9c-3所示),導致市售干枸杞口感偏咸。

綜合以上分析可知,不同預處理方法對枸杞表皮蠟質層的破壞程度各不相同,使其表皮微觀結構存在差異。其次,微觀結構的觀察和分析進一步驗證了不同預處理方法對枸杞的促干護色效果均有一定影響,使用促干護色劑處理后的枸杞表皮蠟質層結構破壞嚴重,除去蠟質層這道屏障后,在提高干燥速率的同時也能促進護色劑的滲入,使枸杞同時達到“干燥快、色澤好”的效果,進而合理判斷促干護色劑的效果和作用機理。

3 討論

在枸杞干制過程中,對照組達到干制標準所需時長為72 h,而處理組所需40 h,說明促干護色劑有較強的促干作用。NI等[27]研究發(fā)現(xiàn),枸杞經碳酸鈉溶液預處理后,其總平均干燥速率比對照組提高1.19倍,與本研究結果相似。碳酸鈉溶液呈堿性,對蠟質層具有一定的溶解作用,使其聚集或斷裂,形成水分子擴散通道,提高枸杞果實的有效水分擴散系數(shù),進而提高枸杞的干燥速率,縮短干燥時間。顏色是評價枸杞干質量的關鍵屬性之一,可以反映產品的質量狀況。在干制結束時,處理組的色差值低于對照組,產品的顏色變化與產品的含水率有著相對復雜的關系,對照組干制速度較慢,在富氧環(huán)境下,干燥溫度越高,干燥時間越長,與顏色變化有關的營養(yǎng)物質可能會發(fā)生降解[28]。

其次,脫水速度的快慢會影響果蔬中PPO的活性,在劉峰娟等[30]的研究中發(fā)現(xiàn),對無核白葡萄進行快速脫水,可較大程度地抑制PPO活性,使其保持較好的色澤,與本研究結果相似。枸杞在干制0～16 h時,對照組的POD活性出現(xiàn)小幅度上升趨勢,這可能與其有較強的的耐熱性有關。相關研究提到,POD是一種溫度穩(wěn)定性較高的酶,對熱加工表現(xiàn)出很強的耐受性,尤其是在80 ℃以下[18,31]?？偡雍吭诟芍坪笃诔尸F(xiàn)上升趨勢,干燥過程中酚類化合物會發(fā)生水解反應,有時水解產物在福林酚法中反應較好。JEONG等[32]也報道了加熱過程中柑橘皮總酚含量增加,是由于基質的分解,新生成了一些低分子質量的酚類化合物,表明柑橘皮通過簡單熱處理可釋放出酚類化合物。這也意味著植物中具有抗氧化活性的酚類化合物存在多種結合態(tài),通過簡單的加熱過程可作為提高原料抗氧化活性的方式。

枸杞在干制后期可能會發(fā)生非酶褐變反應。還原糖含量和游離氨基酸總量呈先上升后下降的變化趨勢,非酶褐變會導致二者的消耗,結合色差值和非酶褐變中間產物5-HMF的變化,推測枸杞在干制后期存在非酶褐變。干制后期水分含量不斷下降,當水分含量和PPO活性越低,褐變程度和5-HMF含量就越高[12]。當5-HMF不斷積累,并參與美拉德反應形成類黑精色素,就會導致食品發(fā)生褐變,這也是枸杞在干制過程中色差值不斷增大的原因。使用促干護色劑對枸杞進行適當?shù)念A處理,可有效抑制5-HMF的積累。LI等[33]研究果餅在干燥過程中的褐變時,發(fā)現(xiàn)添加亞硫酸氫鈉的產品的5-HMF含量比對照組降低了約47%,說明抗褐變劑能有效抑制5-HMF的積累,通過減少5-HMF的積累來抑制原料的褐變,與本研究結果相似。

此外,本試驗發(fā)現(xiàn)鮮果中可檢測到5-HMF,推測可能與成熟度或色素類物質有關。ABRAHAM等[34]提出鮮果中也含有5-HMF,其中李子可以作為5-HMF的特殊來源,即使在新鮮水果中也發(fā)現(xiàn)了高濃度的5-HMF(高達2 200 mg/kg),并表示果汁可能是5-HMF出現(xiàn)的一個主要來源,因為果汁中含有高濃度的5-HMF。CHOUDHARY等[35]表示5-HMF也存在于水果中,并且不同種類的食物有不同含量。對枸杞表皮進行顯微結構觀察,判斷不同處理對表皮蠟質層的破壞情況,從而獲得與其促干護色效果的關聯(lián)性。對照組的蠟質層結構完好,束狀結構排列致密,內部水分難以散失,導致枸杞干制時間較長,受到持續(xù)熱和氧氣的影響發(fā)生褐變反應,使其外觀品質較差。經促干護色劑處理后的枸杞蠟質層結構破壞嚴重,蠟質碎片清除較完全,局部出現(xiàn)細小孔洞,減少蠟質層對水分轉移的阻塞作用,在促進水分在干燥過程中傳遞和蒸發(fā)的同時有利于護色液的滲入,抑制枸杞在干燥過程中發(fā)生褐變反應,提升枸杞的干燥速率和外觀品質。

4 結論

枸杞在干制過程中易受持續(xù)高溫和氧氣的影響導致褐變發(fā)生,嚴重影響枸杞的外觀品質,降低其經濟價值,需使用適當?shù)拇俑勺o色處理提升其干制速率和整體品質。本文研究了枸杞在干制過程中發(fā)生的褐變反應類型及促干護色劑的作用機理,通過對枸杞的酶促褐變、非酶褐變相關指標進行測定及表皮顯微結構的觀察,判斷促干護色劑對枸杞在干制過程中的褐變抑制情況和作用機理。研究結果發(fā)現(xiàn),枸杞在干制過程中會發(fā)生酶促褐變和非酶褐變反應,均會導致枸杞干制品色澤劣變,且在干制前期以酶促褐變?yōu)橹?干制后期以非酶褐變?yōu)橹?。枸杞經促干護色劑預處理后,可在整個干制過程中抑制PPO和POD的活性,以及美拉德反應中間產物5-HMF的積累,在加快干制速度的同時,對枸杞的褐變反應有較強的抑制作用,能夠更好地保持枸杞原有的色澤。此外,通過表皮微觀結構中可以觀察到鮮枸杞經不同處理后蠟質層的破壞情況,從而進一步判斷促干護色劑的效果和促干護色機理。